CN113050058B - 一种基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得方法及装置 - Google Patents

一种基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及运动目标的电磁散射特性计算领域，具体涉及运动目标的多普勒信息获取技术。本发明的基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得方法包括：在目标仿真时域回波信号中截取目标远端回波信号波阵面到达接收面的时刻t0至目标近端回波信号终止沿到达接收面的时刻t1的回波信号；从t1向前推移，直到相位与t0时刻一致，记当前时刻为t2，从截取到的信号中删除t1至t2时刻的部分；计算延拓周期数N；将N个周期的时域回波信号依次首尾相接，形成时域延拓回波信号；根据所述时域延拓回波信号获得运动目标的多普勒频移。本发明的基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得装置包括截取模块、删除模块、周期数计算模块、拼接模块和多普勒频移获取模块。

Description

一种基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得方法及装置
技术领域
本发明涉及运动目标的电磁散射特性计算领域，尤其涉及运动目标的多普勒信息获取技术。
背景技术
在采用时域方法计算运动目标的电磁散射特性时，需要计算目标的时域回波来获取目标的多普勒信息。目前常用的方法是采用截断的点频信号作为入射信号，分析散射信号的频谱，从而获得目标的多普勒特性。但是受限于计算资源，时域方法计算出的时域回波时长难以超过10-9s量级，相对应的频谱主瓣宽度难以低于GHz量级，对于KHz量级的多普勒频移很难分辨。
因此，针对以上不足，需要提供一种能够提高多普勒分辨率的运动目标多普勒频移获得技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于由于计算资源的限制，时域方法计算出的时域回波过短，导致运动目标的多普勒频移难以分辨。针对现有技术中的缺陷，提供一种基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得方法及装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得方法，所述方法包括：
在目标仿真时域回波信号中截取t0时刻至t1时刻的回波信号，t0为目标远端的回波信号波阵面到达回波信号接收面的时刻，t1为目标近端的回波信号终止沿到达回波信号接收面的时刻；
从截取到的回波信号的截止时刻t1向前推移，直到回波信号相位与t0时刻的回波信号相位一致，记当前时刻为t2，从截取到的回波信号中删除t1时刻至t2时刻的部分，剩余部分作为一个周期的时域回波信号；
计算延拓周期数N，
Figure BDA0002988366840000021
其中，[]为取于整函数，
Figure BDA0002988366840000022
fs为需要达到的频谱分辨率，Ts＝t2-t0；
将N个周期的时域回波信号依次首尾相接，形成时域延拓回波信号；
根据所述时域延拓回波信号获得运动目标的多普勒频移。
可选地，所述t0与t1通过目标尺寸和入射波源与目标的距离进行计算。
可选地，所述目标为等离子体目标。
可选地，根据所述时域延拓回波信号获得运动目标的多普勒频移包括：
将所述时域延拓回波信号进行傅里叶变换，获得频域延拓回波信号；
根据所述频域延拓回波信号获得运动目标的多普勒频移。
本发明还提供了一种基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得装置，包括：
截取模块，其配置成在目标仿真时域回波信号中截取t0时刻至t1时刻的回波信号，t0为目标远端的回波信号波阵面到达回波信号接收面的时刻，t1为目标近端的回波信号终止沿到达回波信号接收面的时刻；
删除模块，其配置成从截取到的回波信号的截止时刻t1向前推移，直到回波信号相位与t0时刻的回波信号相位一致，记当前时刻为t2，从截取到的回波信号中删除t1时刻至t2时刻的部分，剩余部分作为一个周期的时域回波信号；
周期数计算模块，其配置成计算延拓周期数N，
Figure BDA0002988366840000031
其中，[]为取于整函数，
Figure BDA0002988366840000032
fs为需要达到的频谱分辨率，Ts＝t2-t0；
拼接模块，其配置成将N个周期的时域回波信号依次首尾相接，形成时域延拓回波信号；和
多普勒频移获取模块，其配置成根据所述时域延拓回波信号获得运动目标的多普勒频移。
可选地，所述装置还包括：
时间计算模块，其配置成通过目标尺寸和入射波源与目标的距离计算目标远端的回波信号波阵面到达回波信号接收面的时刻t0与目标近端的回波信号终止沿到达回波信号接收面的时刻t1。
可选地，所述目标为等离子体目标。
可选地，所述多普勒频移获取模块包括：
变换子模块，其配置成将所述时域延拓回波信号进行傅里叶变换，获得频域延拓回波信号；和
多普勒频移获取子模块，其配置成根据所述频域延拓回波信号获得运动目标的多普勒频移。
实施本发明的基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得方法及装置，具有以下有益效果：显著缩短信号频谱主瓣宽度，大幅度提高多普勒分辨率。
附图说明
图1是本发明实施例一的一种基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得方法的示意性流程图；
图2是本发明实施例一中运动等离子体平板的仿真时域回波波形图；
图3是本发明实施例一中没有进行周期延拓的运动等离子体平板和静止等离子体平板的回波频谱图；
图4是本发明实施例一中运动等离子体平板和静止等离子体平板时域延拓回波信号的频谱图；
图3与图4中，A对应静止等离子体平板，B对应运动等离子体平板；
图5是本发明实施例一的一种基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供的一种基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得方法一般性地可以包括：
步骤S1、确定时域回波信号的待延拓段，并从所述时域回波信号中截取所述待延拓段，具体为：根据仿真目标的尺寸和入射波源与仿真目标的距离，计算目标远端的回波信号波阵面到达回波信号接收面的时刻t0和目标近端的回波信号终止沿到达回波信号接收面的时刻t1，然后在目标仿真时域回波信号中截取t0时刻至t1时刻的回波信号作为待延拓段；
步骤S2、从步骤S1截取到的待延拓段的截止时刻t1向前推移，直到回波信号相位与t0时刻的回波信号相位一致，此时为t2时刻，从截取到的待延拓段中删除t2时刻至t1时刻的部分，剩余部分作为一个周期的时域回波信号；
步骤S3、计算延拓周期数N，
Figure BDA0002988366840000051
其中，[]为取于整函数，
Figure BDA0002988366840000052
fs为需要达到的频谱分辨率，Ts＝t2-t0；
步骤S4、对步骤S2得到的一个周期的时域回波信号进行复制，得到N个周期的时域回波信号，将所述N个周期的时域回波信号依次首尾相接，形成完整的时域延拓回波信号；
步骤S5、将步骤S4获得的时域延拓回波信号进行傅里叶变换，获得频域延拓回波信号，再根据所述频域延拓回波信号获得运动目标的多普勒频移。
以等离子体平板作为目标，对不进行延拓和进行延拓两种情况进行对比。所述等离子体平板的等离子体电子密度1×1017m-3，碰撞频率为20GHz，平板厚度为9cm，距离信号接收平面6cm，入射波为10GHz，平板背向电磁波入射方向运动速度V＝6.8×105m/s。对该运动的等离子体平板进行时域回波信号仿真，仿真结果如图2所示，如果直接采用图2所示的时域仿真回波信号进行傅里叶变换获得频域普线，那么运动的等离子体平板和静止的等离子体平板的频域普线如图3所示，由于时域长度短，造成频谱主瓣宽度大，多普勒信息难以直观观测。采用本申请实施例的方法对图2所示的时域信号进行周期延拓，经计算可知，延拓部分的起始时间点为2.1286ns，终止时间点为5.3361ns，信号延拓部分长度τ1＝3.2075ns，延拓周期为1000。将1000个周期的延拓信号依次首尾相接，形成一个完整的延拓信号，对该信号进行傅里叶变换，得到频域普线，如图4所示，经过周期延拓后，信号频谱主瓣宽度减缩至千分之一，多普勒分辨率大幅度提高。按照上述等离子体平板的运动速度，其多普勒理论值为22.615MHz，未经周期延拓仿真信号计算的多普勒为22.281MHz，周期延拓后信号计算的多普勒值为22.637MHz，可见，本申请实施例的方法能够显著提高多普勒分辨精度。
如图5所示，本实施例还提供了一种基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得装置，所述装置包括：
时间计算模块1，其配置成通过目标尺寸和入射波源与目标的距离计算目标远端的回波信号波阵面到达回波信号接收面的时刻t0与目标近端的回波信号终止沿到达回波信号接收面的时刻t1；
截取模块2，其配置成在目标仿真时域回波信号中截取t0时刻至t1时刻的回波信号；
删除模块3，其配置成从截取到的回波信号的截止时刻t1向前推移，直到回波信号相位与t0时刻的回波信号相位一致，记当前时刻为t2，从截取到的回波信号中删除t1时刻至t2时刻的部分，剩余部分作为一个周期的时域回波信号；
周期数计算模块4，其配置成计算延拓周期数N，
Figure BDA0002988366840000061
其中，[]为取于整函数，
Figure BDA0002988366840000062
fs为需要达到的频谱分辨率，Ts＝t2-t0；
拼接模块5，其配置成将N个周期的时域回波信号依次首尾相接，形成时域延拓回波信号；和
多普勒频移获取模块6，其配置成根据所述时域延拓回波信号获得运动目标的多普勒频移。
所述目标可以是等离子体目标。
所述多普勒频移获取模块6具体可以包括：
变换子模块，其配置成将所述时域延拓回波信号进行傅里叶变换，获得频域延拓回波信号；和
多普勒频移获取子模块，其配置成根据所述频域延拓回波信号获得运动目标的多普勒频移。
本申请实施例的基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得装置能够执行本申请实施例的基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得方法的步骤，其原理及效果在此不再赘述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得方法，其特征在于，包括：
在目标仿真时域回波信号中截取t0时刻至t1时刻的回波信号，t0为目标远端的回波信号波阵面到达回波信号接收面的时刻，t1为目标近端的回波信号终止沿到达回波信号接收面的时刻；
从截取到的回波信号的截止时刻t1向前推移，直到回波信号相位与t0时刻的回波信号相位一致，记当前时刻为t2，从截取到的回波信号中删除t1时刻至t2时刻的部分，剩余部分作为一个周期的时域回波信号；
计算延拓周期数N，
Figure FDA0002988366830000011
其中，[]为取于整函数，
Figure FDA0002988366830000012
fs为需要达到的频谱分辨率，Ts＝t2-t0；
将N个周期的时域回波信号依次首尾相接，形成时域延拓回波信号；
根据所述时域延拓回波信号获得运动目标的多普勒频移。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述t0与t1通过目标尺寸和入射波源与目标的距离进行计算。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标为等离子体目标。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述时域延拓回波信号获得运动目标的多普勒频移包括：
将所述时域延拓回波信号进行傅里叶变换，获得频域延拓回波信号；
根据所述频域延拓回波信号获得运动目标的多普勒频移。
5.一种基于周期延拓的运动目标多普勒频移获得装置，其特征在于，包括：
截取模块，其配置成在目标仿真时域回波信号中截取t0时刻至t1时刻的回波信号，t0为目标远端的回波信号波阵面到达回波信号接收面的时刻，t1为目标近端的回波信号终止沿到达回波信号接收面的时刻；
删除模块，其配置成从截取到的回波信号的截止时刻t1向前推移，直到回波信号相位与t0时刻的回波信号相位一致，记当前时刻为t2，从截取到的回波信号中删除t1时刻至t2时刻的部分，剩余部分作为一个周期的时域回波信号；
周期数计算模块，其配置成计算延拓周期数N，
Figure FDA0002988366830000021
其中，[]为取于整函数，
Figure FDA0002988366830000022
fs为需要达到的频谱分辨率，Ts＝t2-t0；
拼接模块，其配置成将N个周期的时域回波信号依次首尾相接，形成时域延拓回波信号；和
多普勒频移获取模块，其配置成根据所述时域延拓回波信号获得运动目标的多普勒频移。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：
时间计算模块，其配置成通过目标尺寸和入射波源与目标的距离计算目标远端的回波信号波阵面到达回波信号接收面的时刻t0与目标近端的回波信号终止沿到达回波信号接收面的时刻t1。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述目标为等离子体目标。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述多普勒频移获取模块包括：
变换子模块，其配置成将所述时域延拓回波信号进行傅里叶变换，获得频域延拓回波信号；和
多普勒频移获取子模块，其配置成根据所述频域延拓回波信号获得运动目标的多普勒频移。
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